28. Юнг тәжірибесі

Ағылшын физигі Томас Юнг бірінші рет (1802 ж.) тәжірибе жасап, когерент жарық толқындарының интерференциясын бақылады. Юнгтың бұл тәжірибесінің сызбасы 18 - суретте көрсетілген.

Ю нг тәжірибесінің сызбасы

Мұнда жарықтың параллель шоғы кішкене S тесігі арқылы А экранға түсірілген, одан өткен бытыраңқы жарық шоғы кішкене екі тесігі бар В экранға түскен, одан соң осы S₁ және S₂ тесіктерден өткен жарық С экранға түскен, сонда бұл экранның бетінде жарық және қара – қоңыр жолақтар, яғни интерференциялық көрініс байқалған. Бұл саңылаулар жарықтың когерентті көзі және экранда интерференция көрінісін жеткілікті айқын береді.

Интерференциялық көріністің экранға түсуі

Қазіргі зертханалық құрылғыда әдетте жарық көзі мен жарықсүзгісінің орнына когеренттік дәрежені жоғарлату үшін лазер сәулесін қолданылады.

Тәжірибе сызбасы 19 - суретте көрсетілген, S₁ және S₂ - конгерентті сәуленің көз, s₁ және s₂ – жарық жолы көзден бақылау нүктесіне дейінгі Р, d – саңылаулар арасындағы арақашықтық, L - экран арасындағы арақашықтық В және С.

Толқындардың Р нүктесіне S₁ және S₂ тербеліс фазалардың айырымы арқылы тең болады:

Δ= ns₂- ns₁; n - ортаның сыну көрсеткіші.

Осыдан, егер Δ толқын ұзындығының бүтін саны жиналса (±mλ₀), λ₀– вакуумдағы толқын ұзындығы, онда фазалардың айырымы 2- еселі болады және осы нүктеде интерференциялық максимум байқалады.

Егер Δ толқын ұзындығының жартылай бүтін саны жиналса - (±(т+ )λ₀), онда интерференциялық минимум көрінеді.

19 - сурет геометриясынан:

Осыдан,

d«l есептей отырып, S₁+S2≈2L және соңғы теңдікті n- ортаның сыну көрсеткішіне көбейтіп, оптикалық айырым жолын аламыз.

Осыған интерференциялық максимум және минимум байқалған шарты қойып, мынаны алады:

Интерференциялық жолақ ені экранда анықталады

дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әр түсті жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.

29. Жарық поляризациясы

Жарық поляризациясы — жарық толқынының электр және магнит өрістері кернеуліктері векторларының (Е және Н) жарық сәулесі жазықтығына перпендикуляр жазықтықта бағдарлануының реттелуі. Электр өрісі кернеулігі (Е) мен жарық сәулесі жататын жазықтық полярлану жазықтығы деп аталады. Жарықтың полярлынуы сызықтық жарықтың полярлынуы (Е өзінің тұрақты бағытын сақтайды), эллипстік Жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы жарық сәулесінеперпендикуляр жазықтықта эллипс сызады) және дөңгелек жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы шеңбер сызады) болып ажыратылады. Жарықтың полярлануын полярланған приборлар, поляроидтар, т.б. арқылы алуға болады. Жарықтың полярлануы зат құрылысының кейбір ерекшеліктерін түсіндіруге мүмкіндік береді. “Жарықтың полярлануы” ұғымын И.Ньютон енгізген

Электромагнит толқындардағы поляризация — бұл электр өрісінің немесе магнит өрісінің кернеулік векторының бағытталған тербелісі. Когерентті электромагниттік сəулелену болады. Сызықты поляризация – толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта. Шеңберлік поляризация – индукция векторының айналу бағытына тəуелді Эллипсоидты поляризация – шеңберлік жəне сызықты поляризацияланудың ортасындағы жағдай.

Когерент емес сəлелену поляризацияланған, немесе толық не жартылай поляризацияланған болады.

Оптикалық құбылыстардың үлкен бір тобы – интерференция, дифракция және поляризация толығымен толқындық оптикамен түсіндіріледі.

Поляризациялық құрылғылар. Поляризатор жəне анализатор ретінде турмалин пластинкасы, Николь призмасы, қара шыны айна, поляроидтар қолданылады. Ең қарапайым анализаторлар бұл турмалин пластинкасы. Турмалин пластинкасы жарықты күшті əлсіретеді жəне өрісті жасыл түске бояйды, сондықтан практикада Николь призмасы қолданылады. Био жəне Зеебек (1916ж.) турмалин пластинкасы сары-жасылдан басқа əртүрлі түстерді іріктей жұтатындығын жəне өзі де сары-жасыл түсті болып келетіндігін тағайындаған. Демек, турмалин пластинкасын спектрдің жасыл аймағында жарық сүзгіші ретінде де пайдалануға болады. Никаоль призмасы исландия шпатынан жасалады жəне балзаммен біріктірілген екі тегіс призмадан тұрады. Біріктірілген жерге сəуле түскенде, қарапайым сəуле толық ішкі шағылуға ұшрайды, ал призмадан ерекше сəуле өтеді.

Поляроид бұл мөлдір пленкалар, поляризациялайтын герапатит қабығымен қапталған. (герапатит құрамы 4С 20 Н 24N2O2.3Н 2 SО 4.2НJ.J 4.6H2 O кристалдық зат). Жарықты поляризациялау дəрежесі 99,9% .

Поляризацияланған сәулелену ортақ жағдайда элиптік поляризациядан тұрады. Осыған байланысты жарық толқынының Е ортогоналды компоненттері алынған координаттар жүйесінде ( Z осі жарық таралуына параллель ) теңдеу мына түрде жазылады:

(2)

(3)

Тербелістердің ортогоналдық түрлерін (2) және (3) қоссақ, XY жазықтығында эллипстің проекциялық бейнесін береді. Эллипс формасы параметрлермен анықталады:

-фаза айырмашылығы (4)

-амплитуда қатынасы (5)

Мұндай терминалогия толық қабылданбаған. Кейбір оқулықтарда поляризацияланған жазықтық деп, магниттік векторы В (яғни вектор тербелісі Е жазықтыққа перпендикуляр) бар жазықтықты айтады. Егер , π нолге тең болса, эллипс түзу түрінде туады және сызықты поляризацияланған жарық пайда болады. Егер δ=π/2 және толқын жиынының амплитудасы тең болса, эллипс шеңберге айналады- яғни шеңбер бойымен поляризацияланған жарық пайда болады.

Е векторы айналу бағытына байланысты эллиптік поляризацияның оң және теріс екенін айырады.Оң бұранда ережесімен айналса поляризация оң деп аталады, қарама – қарсы жағдайда - теріс болады. Эллипс формасын түсіндіру үшін, геометриялық интерпретацияға ие бола алатын басқа параметрлерді қолдануға болады (3-сурет). χ - азимут таңдап алынған координат жүйесіндегі эллипстік үлкен жартылай остегі ориентациясы.

tgγ = b/а – эллиптілік жартылай остегі эллипс теңдеуінен таңдап алынған жарты ості эллипс

3 – сурет. Е векторында айналу бағыты

ψ, δ жәнеχ, γ параметрлер арасындағы байланыс мынадай формулалармен беріледі:

(6)

(7)

(8)

(9)

Екі жұп параметрлерінің және олардың арасындағы қатыс маңызды практикалық мәні эллипстік поляризациясының көрінісін береді. Параметрлер арқылы өлшенетін көптеген өлшенетін схема шамалары. χ және γ, интерпретация өлшеу нәтижесінде, ал физикалық интерпретацияның нәтижесінде ψ және δ параметрлері неғұрлым ыңғайлы (мысалы, өлшеу нәтижелерін өңдеу үшін обьектің математикалық моделін Френель заңдарымен формулаларын қолдану арқылы жүзеге асырады).